MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  isumsplit Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem isumsplit 14856
Description: Split off the first 𝑁 terms of an infinite sum. (Contributed by Paul Chapman, 9-Feb-2008.) (Revised by Mario Carneiro, 24-Apr-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
isumsplit.1 𝑍 = (ℤ𝑀)
isumsplit.2 𝑊 = (ℤ𝑁)
isumsplit.3 (𝜑𝑁𝑍)
isumsplit.4 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) = 𝐴)
isumsplit.5 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
isumsplit.6 (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
Assertion
Ref Expression
isumsplit (𝜑 → Σ𝑘𝑍 𝐴 = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + Σ𝑘𝑊 𝐴))
Distinct variable groups:   𝑘,𝐹   𝑘,𝑀   𝜑,𝑘   𝑘,𝑍   𝑘,𝑁   𝑘,𝑊
Allowed substitution hint:   𝐴(𝑘)

Proof of Theorem isumsplit
Dummy variables 𝑗 𝑚 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 isumsplit.1 . 2 𝑍 = (ℤ𝑀)
2 isumsplit.3 . . . 4 (𝜑𝑁𝑍)
32, 1syl6eleq 2854 . . 3 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ𝑀))
4 eluzel2 11891 . . 3 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
53, 4syl 17 . 2 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
6 isumsplit.4 . 2 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) = 𝐴)
7 isumsplit.5 . 2 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
8 isumsplit.2 . . 3 𝑊 = (ℤ𝑁)
9 eluzelz 11896 . . . 4 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
103, 9syl 17 . . 3 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
11 uzss 11907 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (ℤ𝑁) ⊆ (ℤ𝑀))
123, 11syl 17 . . . . . . 7 (𝜑 → (ℤ𝑁) ⊆ (ℤ𝑀))
1312, 8, 13sstr4g 3806 . . . . . 6 (𝜑𝑊𝑍)
1413sselda 3761 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑊) → 𝑘𝑍)
1514, 6syldan 585 . . . 4 ((𝜑𝑘𝑊) → (𝐹𝑘) = 𝐴)
1614, 7syldan 585 . . . 4 ((𝜑𝑘𝑊) → 𝐴 ∈ ℂ)
17 isumsplit.6 . . . . 5 (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
186, 7eqeltrd 2844 . . . . . 6 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
191, 2, 18iserex 14672 . . . . 5 (𝜑 → (seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ↔ seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ))
2017, 19mpbid 223 . . . 4 (𝜑 → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
218, 10, 15, 16, 20isumclim2 14774 . . 3 (𝜑 → seq𝑁( + , 𝐹) ⇝ Σ𝑘𝑊 𝐴)
22 fzfid 12980 . . . 4 (𝜑 → (𝑀...(𝑁 − 1)) ∈ Fin)
23 elfzuz 12545 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1)) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
2423, 1syl6eleqr 2855 . . . . 5 (𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1)) → 𝑘𝑍)
2524, 7sylan2 586 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))) → 𝐴 ∈ ℂ)
2622, 25fsumcl 14749 . . 3 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 ∈ ℂ)
2714, 18syldan 585 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑊) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
288, 10, 27serf 13036 . . . 4 (𝜑 → seq𝑁( + , 𝐹):𝑊⟶ℂ)
2928ffvelrnda 6549 . . 3 ((𝜑𝑗𝑊) → (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗) ∈ ℂ)
305zred 11729 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑀 ∈ ℝ)
3130ltm1d 11210 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑀 − 1) < 𝑀)
32 peano2zm 11667 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑀 ∈ ℤ → (𝑀 − 1) ∈ ℤ)
335, 32syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝑀 − 1) ∈ ℤ)
34 fzn 12564 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ (𝑀 − 1) ∈ ℤ) → ((𝑀 − 1) < 𝑀 ↔ (𝑀...(𝑀 − 1)) = ∅))
355, 33, 34syl2anc 579 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ((𝑀 − 1) < 𝑀 ↔ (𝑀...(𝑀 − 1)) = ∅))
3631, 35mpbid 223 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑀...(𝑀 − 1)) = ∅)
3736sumeq1d 14716 . . . . . . . . 9 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑀 − 1))𝐴 = Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐴)
3837adantr 472 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗𝑊) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑀 − 1))𝐴 = Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐴)
39 sum0 14737 . . . . . . . 8 Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐴 = 0
4038, 39syl6eq 2815 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗𝑊) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑀 − 1))𝐴 = 0)
4140oveq1d 6857 . . . . . 6 ((𝜑𝑗𝑊) → (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑀 − 1))𝐴 + (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗)) = (0 + (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗)))
4213sselda 3761 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗𝑊) → 𝑗𝑍)
431, 5, 18serf 13036 . . . . . . . . 9 (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹):𝑍⟶ℂ)
4443ffvelrnda 6549 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗𝑍) → (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) ∈ ℂ)
4542, 44syldan 585 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗𝑊) → (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) ∈ ℂ)
4645addid2d 10491 . . . . . 6 ((𝜑𝑗𝑊) → (0 + (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗)) = (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗))
4741, 46eqtr2d 2800 . . . . 5 ((𝜑𝑗𝑊) → (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑀 − 1))𝐴 + (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗)))
48 oveq1 6849 . . . . . . . . 9 (𝑁 = 𝑀 → (𝑁 − 1) = (𝑀 − 1))
4948oveq2d 6858 . . . . . . . 8 (𝑁 = 𝑀 → (𝑀...(𝑁 − 1)) = (𝑀...(𝑀 − 1)))
5049sumeq1d 14716 . . . . . . 7 (𝑁 = 𝑀 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑀 − 1))𝐴)
51 seqeq1 13011 . . . . . . . 8 (𝑁 = 𝑀 → seq𝑁( + , 𝐹) = seq𝑀( + , 𝐹))
5251fveq1d 6377 . . . . . . 7 (𝑁 = 𝑀 → (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗) = (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗))
5350, 52oveq12d 6860 . . . . . 6 (𝑁 = 𝑀 → (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗)) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑀 − 1))𝐴 + (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗)))
5453eqeq2d 2775 . . . . 5 (𝑁 = 𝑀 → ((seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗)) ↔ (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑀 − 1))𝐴 + (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗))))
5547, 54syl5ibrcom 238 . . . 4 ((𝜑𝑗𝑊) → (𝑁 = 𝑀 → (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗))))
56 addcl 10271 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℂ) → (𝑘 + 𝑚) ∈ ℂ)
5756adantl 473 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) ∧ (𝑘 ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℂ)) → (𝑘 + 𝑚) ∈ ℂ)
58 addass 10276 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ) → ((𝑘 + 𝑚) + 𝑥) = (𝑘 + (𝑚 + 𝑥)))
5958adantl 473 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) ∧ (𝑘 ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ)) → ((𝑘 + 𝑚) + 𝑥) = (𝑘 + (𝑚 + 𝑥)))
60 simplr 785 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑗𝑊)
61 simpll 783 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝜑)
6210zcnd 11730 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
63 ax-1cn 10247 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ ℂ
64 npcan 10544 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
6562, 63, 64sylancl 580 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
6665eqcomd 2771 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑁 = ((𝑁 − 1) + 1))
6761, 66syl 17 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑁 = ((𝑁 − 1) + 1))
6867fveq2d 6379 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → (ℤ𝑁) = (ℤ‘((𝑁 − 1) + 1)))
698, 68syl5eq 2811 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑊 = (ℤ‘((𝑁 − 1) + 1)))
7060, 69eleqtrd 2846 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑗 ∈ (ℤ‘((𝑁 − 1) + 1)))
715adantr 472 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗𝑊) → 𝑀 ∈ ℤ)
72 eluzp1m1 11910 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → (𝑁 − 1) ∈ (ℤ𝑀))
7371, 72sylan 575 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → (𝑁 − 1) ∈ (ℤ𝑀))
74 elfzuz 12545 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
7574, 1syl6eleqr 2855 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) → 𝑘𝑍)
7661, 75, 18syl2an 589 . . . . . . 7 ((((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
7757, 59, 70, 73, 76seqsplit 13041 . . . . . 6 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) = ((seq𝑀( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1)) + (seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹)‘𝑗)))
7861, 24, 6syl2an 589 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))) → (𝐹𝑘) = 𝐴)
7961, 24, 7syl2an 589 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))) → 𝐴 ∈ ℂ)
8078, 73, 79fsumser 14746 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 = (seq𝑀( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1)))
8167seqeq1d 13014 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → seq𝑁( + , 𝐹) = seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹))
8281fveq1d 6377 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗) = (seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹)‘𝑗))
8380, 82oveq12d 6860 . . . . . 6 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗)) = ((seq𝑀( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1)) + (seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹)‘𝑗)))
8477, 83eqtr4d 2802 . . . . 5 (((𝜑𝑗𝑊) ∧ 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗)))
8584ex 401 . . . 4 ((𝜑𝑗𝑊) → (𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1)) → (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗))))
86 uzp1 11921 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → (𝑁 = 𝑀𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))))
873, 86syl 17 . . . . 5 (𝜑 → (𝑁 = 𝑀𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))))
8887adantr 472 . . . 4 ((𝜑𝑗𝑊) → (𝑁 = 𝑀𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))))
8955, 85, 88mpjaod 886 . . 3 ((𝜑𝑗𝑊) → (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑗) = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + (seq𝑁( + , 𝐹)‘𝑗)))
908, 10, 21, 26, 17, 29, 89climaddc2 14651 . 2 (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹) ⇝ (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + Σ𝑘𝑊 𝐴))
911, 5, 6, 7, 90isumclim 14773 1 (𝜑 → Σ𝑘𝑍 𝐴 = (Σ𝑘 ∈ (𝑀...(𝑁 − 1))𝐴 + Σ𝑘𝑊 𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 197  wa 384  wo 873  w3a 1107   = wceq 1652  wcel 2155  wss 3732  c0 4079   class class class wbr 4809  dom cdm 5277  cfv 6068  (class class class)co 6842  cc 10187  0cc0 10189  1c1 10190   + caddc 10192   < clt 10328  cmin 10520  cz 11624  cuz 11886  ...cfz 12533  seqcseq 13008  cli 14500  Σcsu 14701
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1890  ax-4 1904  ax-5 2005  ax-6 2070  ax-7 2105  ax-8 2157  ax-9 2164  ax-10 2183  ax-11 2198  ax-12 2211  ax-13 2352  ax-ext 2743  ax-rep 4930  ax-sep 4941  ax-nul 4949  ax-pow 5001  ax-pr 5062  ax-un 7147  ax-inf2 8753  ax-cnex 10245  ax-resscn 10246  ax-1cn 10247  ax-icn 10248  ax-addcl 10249  ax-addrcl 10250  ax-mulcl 10251  ax-mulrcl 10252  ax-mulcom 10253  ax-addass 10254  ax-mulass 10255  ax-distr 10256  ax-i2m1 10257  ax-1ne0 10258  ax-1rid 10259  ax-rnegex 10260  ax-rrecex 10261  ax-cnre 10262  ax-pre-lttri 10263  ax-pre-lttrn 10264  ax-pre-ltadd 10265  ax-pre-mulgt0 10266  ax-pre-sup 10267
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 874  df-3or 1108  df-3an 1109  df-tru 1656  df-fal 1666  df-ex 1875  df-nf 1879  df-sb 2063  df-mo 2565  df-eu 2582  df-clab 2752  df-cleq 2758  df-clel 2761  df-nfc 2896  df-ne 2938  df-nel 3041  df-ral 3060  df-rex 3061  df-reu 3062  df-rmo 3063  df-rab 3064  df-v 3352  df-sbc 3597  df-csb 3692  df-dif 3735  df-un 3737  df-in 3739  df-ss 3746  df-pss 3748  df-nul 4080  df-if 4244  df-pw 4317  df-sn 4335  df-pr 4337  df-tp 4339  df-op 4341  df-uni 4595  df-int 4634  df-iun 4678  df-br 4810  df-opab 4872  df-mpt 4889  df-tr 4912  df-id 5185  df-eprel 5190  df-po 5198  df-so 5199  df-fr 5236  df-se 5237  df-we 5238  df-xp 5283  df-rel 5284  df-cnv 5285  df-co 5286  df-dm 5287  df-rn 5288  df-res 5289  df-ima 5290  df-pred 5865  df-ord 5911  df-on 5912  df-lim 5913  df-suc 5914  df-iota 6031  df-fun 6070  df-fn 6071  df-f 6072  df-f1 6073  df-fo 6074  df-f1o 6075  df-fv 6076  df-isom 6077  df-riota 6803  df-ov 6845  df-oprab 6846  df-mpt2 6847  df-om 7264  df-1st 7366  df-2nd 7367  df-wrecs 7610  df-recs 7672  df-rdg 7710  df-1o 7764  df-oadd 7768  df-er 7947  df-en 8161  df-dom 8162  df-sdom 8163  df-fin 8164  df-sup 8555  df-oi 8622  df-card 9016  df-pnf 10330  df-mnf 10331  df-xr 10332  df-ltxr 10333  df-le 10334  df-sub 10522  df-neg 10523  df-div 10939  df-nn 11275  df-2 11335  df-3 11336  df-n0 11539  df-z 11625  df-uz 11887  df-rp 12029  df-fz 12534  df-fzo 12674  df-seq 13009  df-exp 13068  df-hash 13322  df-cj 14124  df-re 14125  df-im 14126  df-sqrt 14260  df-abs 14261  df-clim 14504  df-sum 14702
This theorem is referenced by:  isum1p  14857  geolim2  14886  mertenslem2  14900  mertens  14901  effsumlt  15123  eirrlem  15214  rpnnen2lem8  15232  prmreclem6  15904  aaliou3lem7  24395  abelthlem7  24483  log2tlbnd  24963  subfaclim  31618  knoppndvlem6  32947  binomcxplemnn0  39222  stirlinglem12  40939
  Copyright terms: Public domain W3C validator